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WO1991011966A1 - Device for destroying a bone cement using a pulsed laser which generates acoustic waves - Google Patents

Device for destroying a bone cement using a pulsed laser which generates acoustic waves Download PDF

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WO1991011966A1
WO1991011966A1 PCT/FR1991/000080 FR9100080W WO9111966A1 WO 1991011966 A1 WO1991011966 A1 WO 1991011966A1 FR 9100080 W FR9100080 W FR 9100080W WO 9111966 A1 WO9111966 A1 WO 9111966A1
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WO
WIPO (PCT)
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cement
laser
optical fiber
bone
pulsed
Prior art date
Application number
PCT/FR1991/000080
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French (fr)
Inventor
Emmanuel Blanc
Philippe Pereyron
François Lacoste
Original Assignee
Technomed International
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • A61B2018/263—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor for producing a shock wave, e.g. laser lithotripsy the conversion of laser energy into mechanical shockwaves taking place in a liquid

Definitions

  • the invention essentially relates to the use of a pulsed laser which does not produce substantially any thermal release, but which generates acoustic waves capable of destroying a bone cement, for the manufacture of an apparatus for the destruction of a bone cement, in particular a prosthetic cement, without damaging the surrounding bone, preferably outside of a liquid medium.
  • the present invention relates to the particular field of orthopedic prostheses.
  • the fitting of orthopedic prostheses is a surgical technique commonly used to compensate, for example, for a deficiency in the joint system.
  • the most common arthroplasty involves the hip joint system during fractures of the femoral neck.
  • the surgical procedure consists of removing the head of the femur and practicing a cavity in the femoral shaft. This cavity is intended to receive and fix the prosthesis.
  • the prosthesis is thus formed of a rod which is placed in this cavity and a head which will ensure the natural functionality of the head of the femur.
  • the cementless fixing technique requires the adjustment of the femoral cavity to the shape of the femoral stem. Bone growth will allow in the medium term to link the prosthesis to the bone of the femur.
  • the prosthesis is fixed in the femoral cavity by a cement, for example composed of polymethylmethacrylate (abbreviated PMMA).
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • the Nd: YAG Laser is not selective because, because of its wavelength, it destroys not only the cement but also the surrounding soft tissues and bone structures. Its use is therefore delicate and requires the surgeon to have precision in handling which is hardly compatible with the difficulties encountered in this surgical act (accessibility of the operating field, duration of the act).
  • the present invention therefore aims to solve the new technical problem consisting in providing a solution allowing the destruction of bone cement, in particular prosthesis cement without destruction of neighboring tissues (soft tissue or bone), with precision, with efficiency. and with ease.
  • the present also aims to solve the new technical problem consisting in providing a solution allowing the destruction of bone cement, in particular prosthesis cement by an optomechanical effect of great selectivity, destroying a bone cement, without reaching neighboring tissues, such as soft tissue or bone tissue, in particular because of the differences in elastomechanical and acoustic properties of these two materials.
  • the present invention also aims to solve the new technical problem stated above, according to a solution which limits the duration of the surgical procedure and does not make it dependent on complications occurring during operation such as cement which is not very accessible, resistant, fragile bone.
  • the present invention solves for the first time
  • the new technical problems stated above in a particularly simple manner, easy to implement and usable on an industrial scale.
  • the present invention relates to the use of a pulsed laser not producing substantially no thermal release, but generating acoustic waves capable of destroying a bone cement, for the manufacture of an apparatus for the destruction of a bone cement, in particular a prosthesis cement, without damaging the surrounding bone, preferably outside of a liquid medium.
  • the wavelength of the puLsé laser is between 350 nm and 3,000 nm.
  • the wavelength is between 400 nm and 3,000 nm, more preferably between 400 and 650 nm.
  • this pulsed laser is a dye pulsed laser, preferably pumped by flash.
  • the aforementioned pulsed laser is of the sapphire-titanium type pumped by flash and emitting in the near infrared.
  • the frequency of the pulses emitted by the laser is adjustable in particular between 1 and 20 Hz-
  • the energy delivered by the laser at the level of the cement, at each pulse is at least 100 J, in particular included between 100 mJ and 10 J, preferably at least 200 mJ and more preferably at least 300 mJ at 10 J.
  • the pulse duration is preferably of the order of 0.05 ⁇ s to a few ⁇ s, in particular 1 ⁇ s at 10 ⁇ s and better from 1 ⁇ s to 5 ⁇ s.
  • the pulsed wave is transmitted from the laser to the cement to be destroyed by means of at least one optical fiber.
  • the diameter of the core of the optical fiber is between approximately 5 and approximately 1000 ⁇ m.
  • the energy delivered by the laser is adapted to the diameter of the optical fiber.
  • the energy delivered is at least 300 mJ, which leads to good fragmentation of bone cements, and in particular cements with based on or made up of PMMA.
  • the energy delivered by the laser is between 100 and 300 mJ.
  • the dye used in the dye laser it is preferred to use a coumarin or rhodamine type dye.
  • Coumarin has a wavelength close to 500 nm while rhodamine has a wavelength close to 600 nm.
  • the invention also covers an orthopedic device for the destruction of a bone cement, in particular a prosthesis cement, preferably out of a liquid medium, characterized in that it comprises a pulsed laser emitting a length d wave in the visible and infrared range, with an acoustic effect producing substantially no thermal release, capable of destroying a bone cement without damaging the surrounding bone.
  • this device comprises at least one optical fiber for the transmission of pulsed waves from the laser to the cement to be destroyed by fragmentation.
  • the free or distal end of the optical fiber is substantially in contact with the bone cement, this contact taking place in a dry place.
  • the aforementioned optical fiber is placed in an endoscope or a handpiece, preferably equipped with a device for viewing the operating field, and in particular the cavity femoral left accessible by removal of the prosthesis.
  • the display device is cold light.
  • the optical fiber (s) or the optical fiber bundle is equipped with a protective screen at the distal end of the fiber or the fiber bundle, for example comprising a disc of material optically transparent pierced in its center for the passage of the fiber or the endoscope or the handpiece, in order to avoid the projection of fragments outside the operating field which presents risks of infection.
  • This optically transparent material can optionally be provided with a colored optical filter intended to filter the potentially dangerous laser wavelength and also intended to avoid being dazzled by the light of the laser.
  • This colored optical filter can be included in the material itself during its manufacture. An example of this material is Plexiglas.
  • the apparatus according to the invention may also include a fragment suction system.
  • Flash pulsed and dye lasers are commonly available commercially.
  • Technomed International currently markets a device forming a litho ⁇ tripper for the destruction of stones in a liquid medium, including a pulsed laser, under the trade name.
  • Pulsolith device it is necessary to modify the Pulsolith device significantly, in particular to adapt the optical elements to the transmitted power and to use specific optical fibers, in general of larger diameter which can reach 1000 ⁇ in core diameter.
  • the dye must also be of perfect quality and advantageously be doped with a methanoL solution to obtain a better yield.
  • the first impact pulverizes this humidity so that the other impacts take place on a dry environment. It has been observed that it was not possible to work in a liquid medium, as in the case of urinary stones, because the fragmentation is bad, which would moreover dissuade the man from the art of using Lasers pulsed for the destruction of bone cements.
  • the pulsed dye lasers make it possible to achieve a cold fragmentation by concentrating the energy of the laser pulsed over a sufficiently short period of time for there to be no heat exchange with the material.
  • the puLsé laser thus allows to fragment a bone cement without causing heat release and therefore without leading to necrosis of the surrounding tissues and without emission of harmful harmful gases, contrary to what has been obtained in particular by the use of a laser Nd: YAG (1064 nm) which was based essentially on a local heating of the material causing its combustion. It is understood that the interaction of the emission of the laser puLsé with the material depends on the optical characteristics of the material, in particular absorption, transmission and reflection, as well as on its physical characteristics, in particular thermal conductivity, mechanical resistance. The selectivity of the pulsed dye laser
  • the invention is obtained by adapting the wavelength and the pulse width of the laser to the target material and by the difference in physical characteristics between the target material and the neighboring materials.
  • the pulse width depends mainly on the power supply characteristics of the flash.
  • the wavelength of the laser emission is dependent on the choice of dye, which offers a wide latitude of choice in wavelengths as well as great versatility in the possibilities of precise adaptation of this length. wave at the target set.
  • the selectivity of the puLsed laser of the invention allows the surgeon to fragment the cement without reaching soft tissues or bone structures since the laser does not react with these materials, which virtually eliminates the risk of trauma.
  • a moderate power allows for example to fragment into very fine fragments
  • the target material while by increasing the power, one increases The size of the fragments obtained. It is therefore possible to adapt the precision of the instrument to the finesse required by the surgical procedure.
  • the present invention finally covers a method of therapeutic treatment, comprising the removal or destruction of a bone cement, in particular a prosthesis cement, with a view to carrying out a replacement of orthopedic prosthesis, characterized in that removes the destruction of the bone cement using a laser pulsed emitting at a wavelength in the visible and infrared range, with an acoustic effect producing substantially no thermal release, capable of destroying a bone cement without appreciably damaging the surrounding bone, in particular having waves pulsed and transmitted to the bone cement via at least one optical fiber.
  • FIG. 1 schematically represents a pulsed dye laser combined with at least one optical fiber leading to contact with a bone cement to be destroyed, in particular an orthopedic prosthesis cement, in a dry environment
  • FIG. 2 represents an enlarged detail view of the distal end of the optical fiber comprising an optically transparent screen
  • FIG. 3 represents an enlarged view of detail similar to FIG. 1 of fragmentation of the bone cement after removal of the prosthesis 22
  • FIG. 4 represents a view similar to FIG. 3 with the use of a hand tool and an optical display device, part of the cement having been fragmented, and
  • an apparatus according to the invention for orthopedic treatment for the destruction of a bone cement, in particular of a prosthesis cement comprises a pulsed laser represented symbolically by the general reference number 10.
  • the laser radiation symbolized by the line 12 is transmitted to an optical fiber 14, for example by the intermediary of a transfer device 16, for example constituted by the transfer device referenced 40 described in FIG. 3 of document W0 -89/12244 of the depositor, until it leads to the cement represented by The general reference number 20, joining the prosthesis 22 with the bone 24.
  • a transfer device 16 for example constituted by the transfer device referenced 40 described in FIG. 3 of document W0 -89/12244 of the depositor
  • the pulsed waves emitted by the pulsed laser have a wavelength adapted to the destruction of the bone cement, without appreciable destruction of the surrounding bone.
  • the wavelength of the pulsed laser is between 350 nm and 3,000 nm.
  • the wavelength is between 400 nm and 3,000 nm, more preferably between 400 and 650 nm.
  • the laser used is a dye laser, preferably pumped by flash.
  • it is a pulsed laser of sapphire-titanium type preferably pumped by flash and emitting in the near infrared.
  • the energy delivered by the laser drawn from the cement, at each pulse is at least 100 mJ, in particular from 100 mJ to 10 J, preferably at least 200 mJ, and more preferably at least 300 mJ at 10 J.
  • the duration of the laser pulses is of the order of 0.05 to
  • the pulse frequency is adjustable in particular between 1 and 20 Hz.
  • the diameter of the core of the optical fiber 14 is between 5 and 1000 ⁇ m.
  • the energy delivered by the Laser is adapted to the diameter of the optical fiber.
  • the energy delivered is at least 300 mJ, which leads to good fragmentation of the cement, and in particular in the case where it is at base of or constituted by PMMA.
  • the energy delivered by the laser is between 100 mJ and 300 mJ.
  • a particularly preferred dye of the coumarin type having a wavelength of the order of 500 nm or of the rhodamine type having a wavelength of the order of 600 nm has not been described in detail since it is commercially available. Furthermore, with regard to the operating principle of a pulsed dye laser. Those skilled in the art may possibly refer to the previous request from the depositor 0-89 / 12244.
  • optical fiber 14 or a bundle of optical fibers is advantageously included in an endoscope or a handpiece 40, shown in FIG. 4, preferably equipped with a device
  • Such a device 42 for viewing the operating field, preferably in cold light.
  • a device 42 can for example comprise a box
  • the handpiece 40 can be equipped with a means 46 for locking in position in the handpiece or the endoscope of the optical fibers 14 and 44.
  • this optical fiber is equipped with an optically transparent screen 30, for example formed by a disc 32 of optically transparent material, pierced in its center for the passage of The fiber optic or the bundle of optical fibers or even the endoscope, which prevents projections of cement fragments.
  • This optically transparent material can optionally be provided with a colored optical filter which can be incorporated in its mass during its manufacture.
  • suction system for incorporated or integral fragments of the endoscope.
  • the laser puLsé delivers laser pulses out of liquid medium, that is to say in dry or slightly humid medium, directly in contact with the cement to be destroyed by fragmentation.
  • the surgical treatment making it possible to implement The surgical treatment process is as follows: in the case of the removal of a prosthesis 22 from the coL of the femur
  • the surgical procedure can be carried out with the apparatus according to the invention using a puLsated dye laser, outside of a liquid medium, that is to say in a dry or slightly humid medium, in the following manner:
  • Each laser pulse defined in the range of values previously indicated, causes a point fragmentation.
  • This cement 20 can be broken up by placing the optical fiber. directly in contact with it and thus progressing inside the medullary cavity 26. (See FIG. 3).
  • the entire surgical operation does not generally exceed 60 min, which constitutes a total operating time significantly lower than the surgical operations previously carried out.
  • the pulsed dye lasers make it possible to fragment all the cements currently used, and in particular Polymethylmethacrylate (PMMA).
  • PMMA Polymethylmethacrylate

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Abstract

A method for manufacturing a device for destroying a bone cement (20),in particular a prosthetic cement, preferably in a dry environment, using a pulsed laser (10) which generates substantially no heat. The pulsed laser is preferably a flash-pumped pulsed laser with colouring whereby an excellent bone cement fragmentation effect is obtained, particularly on prosthetic cement. The method can therefore be used in orthopedics to remove prostheses.

Description

Utilisation d'un laser puisé générant des ondes acoustiques pour la destruction d'un ciment osseux, Use of a pulsed laser generating acoustic waves for the destruction of a bone cement,
L'invention concerne essentiellement l'utilisation d'un laser puisé ne produisant sensiblement pas de dégagement thermique, mais générant des ondes acoustiques capables de détruire un ciment osseux, pour la fabrication d'un appareil pour la destruction d'un ciment osseux, notamment un ciment de prothèse, sans endommager l'os environnant, de préférence hors d'un milieu liquide.The invention essentially relates to the use of a pulsed laser which does not produce substantially any thermal release, but which generates acoustic waves capable of destroying a bone cement, for the manufacture of an apparatus for the destruction of a bone cement, in particular a prosthetic cement, without damaging the surrounding bone, preferably outside of a liquid medium.
On connaît déjà l'emploi de laser puisé pour la réalisa¬ tion d'un lithotripteur pour la destruction de calculs (voir W0-A-86/06269) . II est également connu d'utiliser un laser puisé pour la destruction d'obstructions dans un lumen du corps, en particulier dans un conduit sanguin (Fox, US-4 784 132, US-4 800 876 et US-4 848 336).We already know the use of pulsed laser for the realization of a lithotriptor for the destruction of stones (see W0-A-86/06269). It is also known to use a pulsed laser for the destruction of obstructions in a lumen of the body, in particular in a blood conduit (Fox, US-4,784,132, US-4,800,876 and US-4,848,336).
La présente invention concerne le domaine particulier des prothèses orthopédiques. On sait que la mise en place des prothèses orthopédiques est une technique chirurgicale couramment utilisée pour pallier, par exemple, à une déficience du système articulaire.The present invention relates to the particular field of orthopedic prostheses. We know that the fitting of orthopedic prostheses is a surgical technique commonly used to compensate, for example, for a deficiency in the joint system.
On sait qu'il s'agit dans ce cas de remplacer les deux éléments naturels constituant l'articulation par deux éléments artificiels assurant la même fonction.We know that in this case it is a question of replacing the two natural elements constituting the joint by two artificial elements ensuring the same function.
L'arthroplastie la plus fréquente concerne le système articulaire de la hanche lors de fractures du col du fémur. Dans ce cas, l'acte chirurgical consiste à ôter la tête du fémur et à pratiquer une cavité dans la diaphyse fémorale. Cette cavité est destinée à recevoir et à fixer La prothèse. La prothèse est ainsi formée d'une tige que l'on place dans cette cavité et d'une tête qui assurera la fonctionnalité naturelle de la tête du fémur.The most common arthroplasty involves the hip joint system during fractures of the femoral neck. In this case, the surgical procedure consists of removing the head of the femur and practicing a cavity in the femoral shaft. This cavity is intended to receive and fix the prosthesis. The prosthesis is thus formed of a rod which is placed in this cavity and a head which will ensure the natural functionality of the head of the femur.
A l'opposé, sur l'os de la hanche, est fixée la partie complémentaire de l'articulation, c'est-à-dire un élément hémisphé- rique destiné à recevoir la tête fémorale. Une des difficultés dans cette technique, bien connue à l'homme de l'art, est d'assurer à long terme une bonne fixation de la tige fémorale dans le fémur.In contrast, on the hip bone, the complementary part of the joint is fixed, that is to say a hemispherical element intended to receive the femoral head. One of the difficulties in this technique, well known to those skilled in the art, is to ensure long-term good fixation of the femoral stem in the femur.
A l'heure actuelle, deux techniques sont principalement utilisées, à savoir une technique de fixation sans ciment et une technique de fixation avec ciment.At present, two techniques are mainly used, namely a cementless fixing technique and a cement fixing technique.
La technique de fixation sans ciment nécessite l'ajuste¬ ment de la cavité fémorale à la forme de la tige fémorale. La croissance osseuse permettra à moyen terme de lier la prothèse à l'os du fémur.The cementless fixing technique requires the adjustment of the femoral cavity to the shape of the femoral stem. Bone growth will allow in the medium term to link the prosthesis to the bone of the femur.
Cette technique présente cependant des risques impor¬ tants. En effet, lorsque la liaison prothèse/os est réalisée, il devient très difficile, si besoin est, de procéder à un changement de prothèse sans une destruction majeure de structure osseuse. D'autre part, il est encore difficile de garantir à long terme une bonne stabilité de cette liaison.However, this technique presents significant risks. When the prosthesis / bone connection is made, it becomes very difficult, if necessary, to change the prosthesis without major destruction of bone structure. On the other hand, it is still difficult to guarantee long-term good stability of this link.
Dans le cadre de la technique de fixation avec ciment, la prothèse est fixée dans la cavité fémorale par un ciment, par exemple composé de polyméthylméthacrylate (en abrégé PMMA) . Cette technique est plus ancienne que la précédente et a l'avantage de ne comporter aucune contre-indication contrairement à la technique sans ciment qui ne peut être réalisée que sur des os sains.In the framework of the cement fixation technique, the prosthesis is fixed in the femoral cavity by a cement, for example composed of polymethylmethacrylate (abbreviated PMMA). This technique is older than the previous one and has the advantage of having no contraindications, unlike the cementless technique which can only be performed on healthy bones.
Cependant, cet acte chirurgical nécessite, après avoir retiré la prothèse, d'éliminer le ciment restant dans la cavité fémorale.However, this surgical procedure requires, after removing the prosthesis, to remove the cement remaining in the femoral cavity.
Cet acte est délicat et doit être pratiqué avec soin pour éviter les traumatismes osseux et les complications qui en résultent.This is a delicate act and must be performed with care to avoid bone trauma and the resulting complications.
L'opération est longue et difficile à planifier pour le chirurgien orthopédiste car il lui est difficile de prévoir, lors d'un bilan pré-opératoire, les difficultés qu'il rencontrera au cours de l'acte. Ces complications généralement rencontrées con¬ cernent une fracture de l'os cortical, une hémorragie, un risque d'infection postopératoire lié à la difficulté et à la durée de l'acte, une perte et une fragilisation de la substance osseuse ou des dommages neuro-vasculai res. Pour fiabiliser Les implantations de prothèses avec ciment, Les équipes chirurgicales sont à la recherche d'une solution permettant de retirer le ciment restant dans la cavité médullaire lors d'un changement éventuel de prothèse, sans destruc- tion des tissus voisins (tissus mous ou os), avec précision, avec efficacité et avec facilité.The operation is long and difficult to plan for the orthopedic surgeon because it is difficult for him to foresee, during a pre-operative assessment, the difficulties he will encounter during the procedure. These complications generally encountered relate to a fracture of the cortical bone, a hemorrhage, a risk of postoperative infection linked to the difficulty and duration of the act, loss and embrittlement of the bone substance or neuro damage. -vascular. To make implantations of prostheses with cement more reliable, the surgical teams are looking for a solution allowing the cement remaining in the medullary cavity to be removed during a possible change of prosthesis, without destruction of neighboring tissues (soft or os), precisely, efficiently and with ease.
Les instruments actuels ne permettent pas de répondre à ces critères et consistent principalement en des appareils à effet mécanique qui permettent de percer (forets), de fraiser (fraise rotative), de couper (burin, ciseaux), de casser (marteau), Le ciment restant dans La cavité fémorale.Current instruments do not meet these criteria and consist mainly of mechanical effect devices that allow drilling (drills), milling (rotary cutter), cutting (chisel, scissors), breaking (hammer), cement remaining in the femoral cavity.
Ces instruments ne sont pas d'une utilisation précise ni aisée.These instruments are not precise or easy to use.
Ces techniques ne sont pas satisfaisantes malgré le savoir-faire développé par Les praticiens dans le cadre de techniques opératoires basées sur ces appareils et présentent des risques de traumatisme élevé pour Les os.These techniques are not satisfactory despite the know-how developed by practitioners in the context of operating techniques based on these devices and present a high risk of trauma to the bones.
Il a été proposé d'utiliser un Laser Nd:YAG à 1 064 nm pour détruire Le ciment en délivrant L'énergie du laser localement au contact du ciment afin de le vaporiser par effet thermique (voir Clinical Orthopaedics and Related Research : "Expérimental Nd:YAG Laser Disintegration of Methylmethacrylate" de Daniel S. J. CHOY, page 287/288, 1985.It has been proposed to use a Nd: YAG laser at 1,064 nm to destroy the cement by delivering energy from the laser locally on contact with the cement in order to vaporize it by thermal effect (see Clinical Orthopedics and Related Research: "Experimental Nd : YAG Laser Disintegration of Methylmethacrylate "by Daniel SJ CHOY, page 287/288, 1985.
Cette technique est intéressante car, grâce à l'échauffe- ment, Le ciment est détruit par un phénomène de combustion. Le poLyméthylméthacrylate se décompose en vapeur décomposée principa¬ lement de monoxyde de carbone, d'hydrogène, de méthane et d'acéthy- lène.This technique is interesting because, thanks to the heating, the cement is destroyed by a combustion phenomenon. PoLymethylmethacrylate decomposes into decomposed vapor principa¬ ly of carbon monoxide, hydrogen, methane and acetylene.
Une Limitation importante de l'emploi de ce laser réside dans Le fait que Le monoxyde de carbone libéré est un produit toxique, tandis que l'hydrogène, le méthane et L'acéthylène sont des produits inflammables.An important limitation of the use of this laser lies in the fact that the carbon monoxide released is a toxic product, while hydrogen, methane and acetylene are flammable products.
Il a été proposé une solution consistant à éliminer le monoxyde de carbone par un système d'aspiration. Cette solution ne peut malgré tout garantir une sécurité totale tandis que Les gaz inflammables sont totalement incompatibles avec un milieu chirur¬ gical.A solution has been proposed which consists in eliminating carbon monoxide by a suction system. However, this solution cannot guarantee total security while the gases flammable are totally incompatible with a surgical environment.
En outre, également de manière déterminante, le dégage¬ ment de chaleur provoqué par le laser Nd:YAG entraîne une nécrose des tissus mous et osseux avoisinants.In addition, also decisively, the release of heat caused by the Nd: YAG laser causes necrosis of the surrounding soft and bone tissues.
Enfin, Le Laser Nd:YAG n'est pas sélectif car, en raison de sa Longueur d'onde, il détruit non seulement le ciment mais également les tissus mous et les structures osseuses avoisinantes. Son utilisation est donc délicate et demande au chirurgien une précision de manipulation qui est peu compatible avec les difficultés rencontrées dans cet acte chirurgical (acces¬ sibilité du champ opératoire, durée de l'acte).Finally, the Nd: YAG Laser is not selective because, because of its wavelength, it destroys not only the cement but also the surrounding soft tissues and bone structures. Its use is therefore delicate and requires the surgeon to have precision in handling which is hardly compatible with the difficulties encountered in this surgical act (accessibility of the operating field, duration of the act).
On connaît aussi par le document lasers in surgery and medicine, volume 9, n 2, pages 141-147, 1989, L'ablation d'os et de ciment, notamment de polyméthylméthacrylate par un Laser excimer fonctionnant à une longueur d'onde de 308 nm, c'est-à-dire dans L'ultraviolet, avec une énergie par impulsion comprise entre 5 mJ et 70 mJ, la longueur de l'impulsion étant de 120 ns et le taux de répétition variant de 0 à 50 Hz. Un Laser eximer est du type ultra- violet et réalise une photoablation. Ainsi, Le Laser eximer vapo¬ rise la matière, en L'occurrence le ciment osseux, par effet de photodissociation chimique, c'est-à-dire que Les photons ultra¬ violets produits par le laser eximer sont assez énergétiques pour casser Les Liaisons chimiques qui Lient Les atomes formant La matière. De ce fait, les photons UV produits par Le laser eximer peuvent aussi bien casser les Liaisons chimiques formant l'os. En conséquence, Le Laser UV n'est pas sélectif.Also known from the document lasers in surgery and medicine, volume 9, n 2, pages 141-147, 1989, The ablation of bone and cement, in particular of polymethylmethacrylate by a laser excimer operating at a wavelength of 308 nm, that is to say in the ultraviolet, with an energy per pulse of between 5 mJ and 70 mJ, the length of the pulse being 120 ns and the repetition rate varying from 0 to 50 Hz. A laser eximer is of the ultraviolet type and performs photoablation. Thus, the laser eximer vaporizes the material, in this case bone cement, by chemical photodissociation effect, that is to say that the ultraviolet photons produced by the laser eximer are energetic enough to break the bonds. chemicals that bind atoms forming matter. As a result, the UV photons produced by the laser eximer can also break the chemical bonds forming the bone. Consequently, the UV Laser is not selective.
La présente invention a donc pour but de résoudre le nouveau problème technique consistant en La fourniture d'une solution permettant la destruction de ciment osseux, notamment de ciment de prothèse sans destruction des tissus voisins (tissus mous ou os), avec précision, avec efficacité et avec facilité.The present invention therefore aims to solve the new technical problem consisting in providing a solution allowing the destruction of bone cement, in particular prosthesis cement without destruction of neighboring tissues (soft tissue or bone), with precision, with efficiency. and with ease.
La présente a aussi pour but de résoudre Le nouveau problème technique consistant en La fourniture d'une solution permettant La destruction de ciment osseux, notamment de ciment de prothèse par un effet optomécanique d'une grande sélectivité, détruisant un ciment osseux, sans atteindre les tissus voisins, tels que les tissus mous ou Les tissus osseux, en particulier en raison des différences de propriétés élastomécaniques et acous¬ tiques de ces deux matériaux. La présente invention a encore pour but de résoudre Le nouveau problème technique énoncé ci-dessus, selon une solution qui Limite La durée de L'acte chirurgical et ne Le rende pas tributaire de complications survenant en cours d'opération telles que ciment peu accessible, résistant, os fragile. La présente invention résout pour la première fois Les nouveaux problèmes techniques énoncés ci-dessus d'une manière particulièrement simple, aisée à mettre en oeuvre et utilisable à l'échelle industrielle.The present also aims to solve the new technical problem consisting in providing a solution allowing the destruction of bone cement, in particular prosthesis cement by an optomechanical effect of great selectivity, destroying a bone cement, without reaching neighboring tissues, such as soft tissue or bone tissue, in particular because of the differences in elastomechanical and acoustic properties of these two materials. The present invention also aims to solve the new technical problem stated above, according to a solution which limits the duration of the surgical procedure and does not make it dependent on complications occurring during operation such as cement which is not very accessible, resistant, fragile bone. The present invention solves for the first time The new technical problems stated above in a particularly simple manner, easy to implement and usable on an industrial scale.
Ainsi, selon un premier aspect, La présente invention concerne L'utilisation d'un laser puisé ne produisant sensiblement pas de dégagement thermique, mais générant des ondes acoustiques capables de détruire un ciment osseux, pour la fabrication d'un appareil pour la destruction d'un ciment osseux, notamment un ciment de prothèse, sans endommager l'os environnant, de préférence hors d'un milieu liquide.Thus, according to a first aspect, the present invention relates to the use of a pulsed laser not producing substantially no thermal release, but generating acoustic waves capable of destroying a bone cement, for the manufacture of an apparatus for the destruction of a bone cement, in particular a prosthesis cement, without damaging the surrounding bone, preferably outside of a liquid medium.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, La longueur d'onde du Laser puLsé est comprise entre 350 nm et 3 000 nm. De préférence, la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 3 000 nm, encore de préférence entre 400 et 650 nm. Selon un mode de réalisation avantageux de L'invention, ce Laser puisé est un laser puisé à colorant, de préférence pompé par flash.According to an advantageous embodiment of the invention, the wavelength of the puLsé laser is between 350 nm and 3,000 nm. Preferably, the wavelength is between 400 nm and 3,000 nm, more preferably between 400 and 650 nm. According to an advantageous embodiment of the invention, this pulsed laser is a dye pulsed laser, preferably pumped by flash.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le Laser puisé précité est de type saphir-titane pompé par flash et émettant dans le proche infrarouge.According to another advantageous embodiment, the aforementioned pulsed laser is of the sapphire-titanium type pumped by flash and emitting in the near infrared.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la fréquence des impulsions émises par Le Laser est réglable en particulier entre 1 et 20 Hz-According to a particularly advantageous embodiment, the frequency of the pulses emitted by the laser is adjustable in particular between 1 and 20 Hz-
Selon une autre variante de réalisation particulière de l'invention, l'énergie délivrée par Le laser au niveau du ciment, à chaque impulsion, est d'au moins 100 J, en particulier comprise entre 100 mJ et 10 J, de préférence au moins 200 mJ et encore de préférence au moins 300 mJ à 10 J. La durée d'impulsion est de préférence de l'ordre de 0,05 μs à quelques μs, notamment de 1 μs à 10 μs et mieux de 1 μs à 5 μs. Selon une autre caractéristique avantageuse de L'inven¬ tion, l'onde puisée est transmise du laser au ciment à détruire par l'intermédiaire d'au moins une fibre optique. Avantageusement, Le diamètre du coeur de La fibre optique est compris entre environ 5 et environ 1 000 μm. Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse, l'énergie délivrée par le laser est adaptée au diamètre de La fibre optique. A en effet, avec des fibres de diamètre plus important on comprend qu'il est possible de trans¬ mettre des énergies plus élevées sans risque de destruction de La fibre. En particulier, dans le cas de fibres optiques de diamètre de coeur compris entre 600 et 1 000 μm, l'énergie délivrée est d'au moins 300 mJ, ce qui conduit à une bonne fragmentation des ciments osseux, et en particulier des ciments à base de ou constitués de PMMA. Dans le cas de fibres de diamètre de coeur compris entre environ 100 et 600 μm, de préférence entre 300 et 600 μm, L'énergie délivrée par le laser est comprise entre 100 et 300 mJ .According to another particular variant embodiment of the invention, the energy delivered by the laser at the level of the cement, at each pulse, is at least 100 J, in particular included between 100 mJ and 10 J, preferably at least 200 mJ and more preferably at least 300 mJ at 10 J. The pulse duration is preferably of the order of 0.05 μs to a few μs, in particular 1 μs at 10 μs and better from 1 μs to 5 μs. According to another advantageous characteristic of the invention, the pulsed wave is transmitted from the laser to the cement to be destroyed by means of at least one optical fiber. Advantageously, the diameter of the core of the optical fiber is between approximately 5 and approximately 1000 μm. According to a particularly advantageous embodiment, the energy delivered by the laser is adapted to the diameter of the optical fiber. In fact, with fibers of larger diameter it is understood that it is possible to transmit higher energies without risk of destruction of the fiber. In particular, in the case of optical fibers with a core diameter of between 600 and 1000 μm, the energy delivered is at least 300 mJ, which leads to good fragmentation of bone cements, and in particular cements with based on or made up of PMMA. In the case of fibers with a core diameter of between approximately 100 and 600 μm, preferably between 300 and 600 μm, the energy delivered by the laser is between 100 and 300 mJ.
A titre de colorant utilisé dans le laser à colorant, il est préféré d'utiliser un colorant du type coumarine ou du type rhodamine. Le coumarine a une longueur d'onde voisine de 500 nm tandis que la rhodamine a une longueur d'onde voisine de 600 nm.As the dye used in the dye laser, it is preferred to use a coumarin or rhodamine type dye. Coumarin has a wavelength close to 500 nm while rhodamine has a wavelength close to 600 nm.
L'invention couvre également un appareil d'orthopédie pour La destruction d'un ciment osseux, notamment d'un ciment de prothèse, de préférence hors d'un milieu liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un Laser puisé émettant une Longueur d'onde dans le domaine visible et infrarouge, à effet acoustique ne produisant sensiblement pas de dégagement thermique, capable de détruire un ciment osseux sans endommager l'os avoisinant.The invention also covers an orthopedic device for the destruction of a bone cement, in particular a prosthesis cement, preferably out of a liquid medium, characterized in that it comprises a pulsed laser emitting a length d wave in the visible and infrared range, with an acoustic effect producing substantially no thermal release, capable of destroying a bone cement without damaging the surrounding bone.
Selon une variante de réalisation particulière, la longueur d'onde du Laser est comprise entre 350 nm et 3 000 nm. Selon un mode de réalisation avantageux, cet appareil comprend au moins une fibre optique pour La transmission des ondes puisées du laser au ciment à détruire par fragmentation. De préfé¬ rence. L'extrémité Libre ou distale de la fibre optique est sensi- blement en contact avec le ciment osseux, ce contact ayant Lieu en mi lieu sec.According to a particular variant embodiment, the wavelength of the laser is between 350 nm and 3,000 nm. According to an advantageous embodiment, this device comprises at least one optical fiber for the transmission of pulsed waves from the laser to the cement to be destroyed by fragmentation. Preferably. The free or distal end of the optical fiber is substantially in contact with the bone cement, this contact taking place in a dry place.
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'appa¬ reil, la fibre optique précitée est disposée dans un endoscope ou une pièce à main, de préférence équipé d'un dispositif de visuali- sation du champ opératoire, et en particulier de La cavité fémorale laissée accessible par Le retrait de la prothèse. De préférence, Le dispositif de visualisation est à lumière froide.According to another advantageous embodiment of the apparatus, the aforementioned optical fiber is placed in an endoscope or a handpiece, preferably equipped with a device for viewing the operating field, and in particular the cavity femoral left accessible by removal of the prosthesis. Preferably, the display device is cold light.
Selon un mode de réalisation particulier de cet appareil, la ou Les fibres optiques ou Le faisceau de fibres optiques est équipé d'un écran de protection à L'extrémité distale de la fibre ou du faisceau de fibres, par exemple comprenant un disque en matériau optiquement transparent percé en son centre pour le passage de la fibre ou de l'endoscope ou de la pièce à main, afin d'éviter la projection de fragments hors du champs opératoire qui présente des risques d'infection. Ce matériau optiquement transparent peut être éventuellement pourvu d'un filtre optique coloré destiné à filtrer la longueur d'onde Laser potentiellement dangereuse et destiné aussi à éviter d'être ébloui par La lumière du Laser. Ce filtre optique coloré peut être inclus dans Le matériau lui-même lors de sa fabrication. Un exemple de ce matériau est du Plexiglas.According to a particular embodiment of this device, the optical fiber (s) or the optical fiber bundle is equipped with a protective screen at the distal end of the fiber or the fiber bundle, for example comprising a disc of material optically transparent pierced in its center for the passage of the fiber or the endoscope or the handpiece, in order to avoid the projection of fragments outside the operating field which presents risks of infection. This optically transparent material can optionally be provided with a colored optical filter intended to filter the potentially dangerous laser wavelength and also intended to avoid being dazzled by the light of the laser. This colored optical filter can be included in the material itself during its manufacture. An example of this material is Plexiglas.
L'appareil selon l'invention peut également comporter un système d'aspiration de fragment.The apparatus according to the invention may also include a fragment suction system.
Des Lasers puisés et à colorant pompés par flash sont couramment disponibles dans Le commerce. En outre, Technomed International commercialise actuellement un appareil formant litho¬ tripteur pour La destruction de calculs en milieu Liquide, com¬ prenant un Laser puisé, sous La dénomination commercialeFlash pulsed and dye lasers are commonly available commercially. In addition, Technomed International currently markets a device forming a litho¬ tripper for the destruction of stones in a liquid medium, including a pulsed laser, under the trade name.
(R) PuLsolith . Ce Laser puLsé de l'appareil Pulsolith peut être avantageusement utilisé moyennant certaines modifications relati¬ vement à l'augmentation de la puissance du Laser, dans Le cadre de La destruction de ciment osseux, donc dans Le cadre de l'ortho¬ pédie. En effet, en Lithotripsie, les énergies utilisées en bout de fibres ne dépassent pas 240 mJ . Or," en orthopédie, nous avons vu précédemment que l'énergie en bout de fibre délivrée par le laser est comprise entre 100 mJ et 10 J, de préférence au moins 200 mJ et encore de préférence au moins 300 mJ .(R) PuLsolith. This laser pulsed from the Pulsolith device can be advantageously used with certain modifications relating to the increase in the power of the laser, within the framework of The destruction of bone cement, therefore in the context of orthopedics. Indeed, in Lithotripsy, the energies used at the end of the fibers do not exceed 240 mJ. Now, " in orthopedics, we have seen above that the energy at the end of the fiber delivered by the laser is between 100 mJ and 10 J, preferably at least 200 mJ and more preferably at least 300 mJ.
Ainsi, il est nécessaire de modifier le dispositif Pulsolith de manière importante notamment pour adapter les éléments optiques à la puissance transmise et d'utiliser des fibres optiques particulières, en général de plus gros diamètre pouvant atteindre 1 000 μ en diamètre de coeur. Le colorant doit également être d' une qualité parfaite et avantageusement être dopé par une solution de méthanoL pour obtenir un meilleur rendement.Thus, it is necessary to modify the Pulsolith device significantly, in particular to adapt the optical elements to the transmitted power and to use specific optical fibers, in general of larger diameter which can reach 1000 μ in core diameter. The dye must also be of perfect quality and advantageously be doped with a methanoL solution to obtain a better yield.
IL a en effet été maintenant découvert de manière inattendue que Les caractéristiques physiques des Lasers puisés, en particulier des Lasers puisés à colorant ou du type saphir-titane, permettaient de détruire de manière remarquable des ciments osseux, notamment des ciments de prothèse, hors milieu Liquide, c'est-à- dire avantageusement en milieu sec, grâce à une capacité très élevée de fragmentation d'un ciment osseux, par un effet opto é- canique, sans provoquer de dégagement de chaleur. On observe par ailleurs une très bonne sélectivité qui permet de ne pas détruire les tissus mous ni la structure osseuse. Dans la descrip¬ tion et les revendications, on entend par l'expression "hors milieu liquide", soit un milieu absolument sec (sans aucun liquide), soit un milieu humide résultant de La pulvérisation d'un liquide sur le champ opératoire. Dans ce cas Le premier impact pulvérise cette humidité de sorte que Les autres impacts ont lieu sur un milieu sec. Il a été observé qu'il n'était pas possible de travailler en milieu Liquide, comme dans Le cas des calculs urinaires, car la fragmentation se fait mal, ce qui aurait d'ailleurs dissuadé l'homme de L'art d" utiliser les Lasers puisés pour la destruction de ciments osseux.It has now been unexpectedly discovered that the physical characteristics of pulsed lasers, in particular pulsed dye lasers or of the sapphire-titanium type, make it possible to remarkably destroy bone cements, in particular prosthesis cements, outside the medium. Liquid, that is to say advantageously in a dry environment, thanks to a very high fragmentation capacity of a bone cement, by an opto-mechanical effect, without causing heat generation. There is also a very good selectivity which does not destroy the soft tissue or the bone structure. In the description and the claims, the expression "except liquid medium" means either an absolutely dry medium (without any liquid), or a wet medium resulting from the spraying of a liquid on the operating field. In this case, the first impact pulverizes this humidity so that the other impacts take place on a dry environment. It has been observed that it was not possible to work in a liquid medium, as in the case of urinary stones, because the fragmentation is bad, which would moreover dissuade the man from the art of using Lasers pulsed for the destruction of bone cements.
En outre, les Lasers puisés à colorant permettent d'aboutir à une fragmentation froide en concentrant L'énergie du laser puisé sur une durée suffisamment brève pour qu'il ne se produise pas d'échange thermique avec la matière.In addition, the pulsed dye lasers make it possible to achieve a cold fragmentation by concentrating the energy of the laser pulsed over a sufficiently short period of time for there to be no heat exchange with the material.
Le Laser puLsé permet ainsi de fragmenter un ciment osseux sans provoquer de dégagement de chaleur et donc sans aboutir à une nécrose des tissus environnants et sans émission de gaz nocifs dangereux, contrairement à ce qui a été obtenu notamment par l'utilisation d'un laser Nd:YAG (1 064 nm) qui était basée essentiellement sur un échauffement local de la matière provoquant sa combustion. On comprend que L'interaction de l'émission du Laser puLsé avec la matière dépend des caractéristiques optiques de la matière, en particulier l'absorption, La transmission et la réflexion, ainsi que de ses caractéristiques physiques, en parti¬ culier conductivité thermique, résistance mécanique. La capacité de sélectivité du laser puisé à colorant deThe puLsé laser thus allows to fragment a bone cement without causing heat release and therefore without leading to necrosis of the surrounding tissues and without emission of harmful harmful gases, contrary to what has been obtained in particular by the use of a laser Nd: YAG (1064 nm) which was based essentially on a local heating of the material causing its combustion. It is understood that the interaction of the emission of the laser puLsé with the material depends on the optical characteristics of the material, in particular absorption, transmission and reflection, as well as on its physical characteristics, in particular thermal conductivity, mechanical resistance. The selectivity of the pulsed dye laser
L'invention est obtenue par adaptation de La Longueur d'onde et de la largeur d'impulsion du laser au matériau cible et par La diffé¬ rence de caractéristiques physiques entre la matière de cible et les matériaux voisins. La largeur d'impulsion dépend principalement des caractéristiques d'alimentation électrique du flash.The invention is obtained by adapting the wavelength and the pulse width of the laser to the target material and by the difference in physical characteristics between the target material and the neighboring materials. The pulse width depends mainly on the power supply characteristics of the flash.
La Longueur d'onde de l'émission à Laser est dépendante du choix du colorant, ce qui offre une grande latitude de choix dans Les Longueurs d'onde ainsi que d'une grande versatilité dans les possibilités d'adaptation précises de cette Longueur d'onde à l'objectif fixé.The wavelength of the laser emission is dependent on the choice of dye, which offers a wide latitude of choice in wavelengths as well as great versatility in the possibilities of precise adaptation of this length. wave at the target set.
Dans le cas d'un retrait de ciment de fixation de prothèse, la sélectivité du laser puLsé de l'invention permet au chirurgien de fragmenter le ciment sans atteindre Les tissus mous ou les structures osseuses puisque le laser ne réagit pas avec ces matériaux, ce qui élimine pratiquement complètement Les risques de traumatisme.In the case of removal of prosthesis fixing cement, the selectivity of the puLsed laser of the invention allows the surgeon to fragment the cement without reaching soft tissues or bone structures since the laser does not react with these materials, which virtually eliminates the risk of trauma.
L'emploi d'un Laser puLsé de l'invention permet égale¬ ment d'aboutir à une grande précision de traitement par le caractère localisé de ce traitement. Par ailleurs, en agissant sur la puissance électrique de pompage du Laser, on peut moduler la puissance d'émission et par conséquent sa capacité de fragmenta¬ tion.The use of a laser puLsé of the invention also makes it possible to achieve high precision in treatment by the localized nature of this treatment. Furthermore, by acting on the electric pumping power of the Laser, we can modulate the transmission power and consequently its fragmenting capacity.
Une puissance modérée permet par exemple de fragmenter en éclats très fins Le matériau cible, tandis qu'en augmentant la puissance, on augmente La taille des fragments obtenus. Il est donc possible d'adapter La précision de L'instrument à la finesse requise par l'acte chirurgical.A moderate power allows for example to fragment into very fine fragments The target material, while by increasing the power, one increases The size of the fragments obtained. It is therefore possible to adapt the precision of the instrument to the finesse required by the surgical procedure.
La présente invention couvre enfin un procédé de traite¬ ment thérapeutique, comprenant l'enlèvement ou la destruction d'un ciment osseux, notamment d'un ciment de prothèse, en vue de réaliser un remplacement de prothèse orthopédique, caractérisé en ce qu'on réalise l'enlèvement de la destruction du ciment osseux à l'aide d'un laser puLsé émettant à une Longueur d'onde dans Le domaine visible et infrarouge, à effet acoustique ne produisant sensiblement pas de dégagement thermique, capable de détruire un ciment osseux sans endommager sensiblement l'os avoisinant, en particulier ayant Les ondes puisées et transmises au ciment osseux par l'intermédiaire d'au moins une fibre optique.The present invention finally covers a method of therapeutic treatment, comprising the removal or destruction of a bone cement, in particular a prosthesis cement, with a view to carrying out a replacement of orthopedic prosthesis, characterized in that removes the destruction of the bone cement using a laser pulsed emitting at a wavelength in the visible and infrared range, with an acoustic effect producing substantially no thermal release, capable of destroying a bone cement without appreciably damaging the surrounding bone, in particular having waves pulsed and transmitted to the bone cement via at least one optical fiber.
Les caractéristiques particulières de mise en oeuvre de ce procédé de traitement résultent de La description précédente.The particular characteristics of implementation of this treatment method result from the preceding description.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de L'invention apparaîtront clairement à La lumière de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés représentant un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention donné simplement à titre d'illustration et qui ne saurait donc en aucune façon Limiter la portée de l'invention. Dans Les dessins :Other objects, characteristics and advantages of the invention will emerge clearly in the light of the explanatory description which follows, given with reference to the appended drawings representing a currently preferred embodiment of the invention given simply by way of illustration and which therefore cannot in any way limit the scope of the invention. In the drawings:
- la figure 1 représente schématiquement un laser puisé à colorant combiné au moins à une fibre optique aboutissant au contact d'un ciment osseux à détruire, notamment un ciment de prothèse orthopédique, en milieu sec,FIG. 1 schematically represents a pulsed dye laser combined with at least one optical fiber leading to contact with a bone cement to be destroyed, in particular an orthopedic prosthesis cement, in a dry environment,
- La figure 2 représente une vue agrandie de détail de l'extrémité distale de La fibre optique comportant un écran optiquement transparent, - la figure 3 représente une vue agrandie de détail similaire à La figure 1 de fragmentation du ciment osseux après enlèvement de la prothèse 22,FIG. 2 represents an enlarged detail view of the distal end of the optical fiber comprising an optically transparent screen, FIG. 3 represents an enlarged view of detail similar to FIG. 1 of fragmentation of the bone cement after removal of the prosthesis 22,
- La figure 4 représente une vue similaire à La figure 3 avec emploi d'un outil à main et d'un dispositif de visualisation optique, une partie du ciment ayant été fragmentée, etFIG. 4 represents a view similar to FIG. 3 with the use of a hand tool and an optical display device, part of the cement having been fragmented, and
- La figure 5 représente L'évolution de La capacité de fragmentation du Laser puisé à colorant en fonction de l'énergie transmise dans la fibre. On remarque que La capacité de fragmenta- tion du ciment évolue pratiquement linéairement en fonction de l'énergie, hors milieu liquide.- Figure 5 shows the evolution of the fragmentation capacity of the pulsed dye laser as a function of the energy transmitted in the fiber. We note that the cement's fragmentation capacity evolves practically linearly as a function of energy, outside the liquid medium.
En référence aux figures 1 à 4, un appareil selon L'invention de traitement orthopédique pour La destruction d'un ciment osseux, notamment d'un ciment de prothèse comprend un laser puisé représenté symboliquement par le numéro de référence général 10.With reference to FIGS. 1 to 4, an apparatus according to the invention for orthopedic treatment for the destruction of a bone cement, in particular of a prosthesis cement comprises a pulsed laser represented symbolically by the general reference number 10.
Le rayonnement laser symbolisé par le trait 12 est transmis à une fibre optique 14, par exemple par L'intermédiaire d'un dispositif de transfert 16, par exemple constitué par Le dispositif de transfert référencé 40 décrit à La figure 3 du docu¬ ment W0-89/12244 du déposant, jusqu'à aboutir au ciment représenté par Le numéro de référence général 20, solidarisant La prothèse 22 avec L'os 24.The laser radiation symbolized by the line 12 is transmitted to an optical fiber 14, for example by the intermediary of a transfer device 16, for example constituted by the transfer device referenced 40 described in FIG. 3 of document W0 -89/12244 of the depositor, until it leads to the cement represented by The general reference number 20, joining the prosthesis 22 with the bone 24.
Avantageusement, les ondes puisées émises par Le laser puisé ont une Longueur d'onde adaptée à la destruction du ciment osseux, sans destruction sensible de l'os environnant. Selon un mode de réalisation avantageux, la Longueur d'onde du laser puisé est comprise entre 350 nm et 3 000 nm. De préférence, La longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 3 000 nm, encore de préférence entre 400 et 650 nm.Advantageously, the pulsed waves emitted by the pulsed laser have a wavelength adapted to the destruction of the bone cement, without appreciable destruction of the surrounding bone. According to an advantageous embodiment, the wavelength of the pulsed laser is between 350 nm and 3,000 nm. Preferably, the wavelength is between 400 nm and 3,000 nm, more preferably between 400 and 650 nm.
Selon un mode de réalisation particulier, le Laser uti¬ lisé est un laser puLsé à colorant, de préférence pompé par flash.According to a particular embodiment, the laser used is a dye laser, preferably pumped by flash.
Selon un autre mode de réalisation particulier, il s'agit d'un laser puisé de type saphir-titane de préférence pompé par flash et émettant dans le proche infrarouge. L'énergie délivrée par le Laser puisé au niveau du ciment, à chaque impulsion, est d'au moins 100 mJ, en particulier de 100 mJ à 10 J, de préférence au moins 200 mJ, et encore de préférence au moins 300 mJ à 10 J. La durée des impulsions du laser est de L'ordre de 0,05 àAccording to another particular embodiment, it is a pulsed laser of sapphire-titanium type preferably pumped by flash and emitting in the near infrared. The energy delivered by the laser drawn from the cement, at each pulse, is at least 100 mJ, in particular from 100 mJ to 10 J, preferably at least 200 mJ, and more preferably at least 300 mJ at 10 J. The duration of the laser pulses is of the order of 0.05 to
(quelques) μs, notamment d'environ 1 à 10 μs et encore mieux de 1 à 5 μs. La fréquence des impulsions est réglable en particulier entre 1 et 20 Hz.(a few) μs, in particular around 1 to 10 μs and even better from 1 to 5 μs. The pulse frequency is adjustable in particular between 1 and 20 Hz.
IL est avantageux selon L'invention que le diamètre du coeur de La fibre optique 14 soit compris entre 5 et 1 000 μm. L'énergie délivrée par Le Laser est adaptée au diamètre de La fibre optique.It is advantageous according to the invention for the diameter of the core of the optical fiber 14 to be between 5 and 1000 μm. The energy delivered by the Laser is adapted to the diameter of the optical fiber.
Dans Le cas des fibres de diamètre de coeur compris entre 600 et 1 000 μm, l'énergie délivrée est au moins de 300 mJ, ce qui conduit à une bonne fragmentation du ciment, et en particulier dans le cas où celui-ci est à base de ou constitué par du PMMA.In the case of fibers with a core diameter of between 600 and 1000 μm, the energy delivered is at least 300 mJ, which leads to good fragmentation of the cement, and in particular in the case where it is at base of or constituted by PMMA.
Dans le cas de fibres optiques de diamètre de coeur compris entre 100 et 600 μm, de préférence entre 300 et 600 μm, l'énergie délivrée par le laser est comprise entre 100 mJ et 300 mJ.In the case of optical fibers with a core diameter of between 100 and 600 μm, preferably between 300 and 600 μm, the energy delivered by the laser is between 100 mJ and 300 mJ.
Dans Le cadre d'un Laser puisé à colorant, un colorant particulièrement préféré du type coumarine ayant une longueur d'onde de l'ordre de 500 nm ou du type rhodamine ayant une Longueur d'onde de L'ordre de 600 nm. Le laser puLsé à colorant Lui-même utilisé selon l'invention n'a pas été décrit en détail étant donné qu'il est disponible dans le commerce. Par ailleurs, en ce qui concerne le principe de fonctionnement d'un laser puisé à colorant. L'homme de L'art pourra se reporter éventuellement à La demande précédente du déposant 0-89/12244.In the context of a pulsed dye laser, a particularly preferred dye of the coumarin type having a wavelength of the order of 500 nm or of the rhodamine type having a wavelength of the order of 600 nm. The dye laser used itself according to the invention has not been described in detail since it is commercially available. Furthermore, with regard to the operating principle of a pulsed dye laser. Those skilled in the art may possibly refer to the previous request from the depositor 0-89 / 12244.
La fibre optique 14 ou un faisceau de fibres optiques est avantageusement inclus dans un endoscope ou une pièce à main 40, représenté à La figure 4, de préférence équipé(e) d'un dispositifThe optical fiber 14 or a bundle of optical fibers is advantageously included in an endoscope or a handpiece 40, shown in FIG. 4, preferably equipped with a device
42 de visualisation de champ opératoire, de préférence à lumière froide. Un tel dispositif 42 peut par exemple comprendre un boîtier42 for viewing the operating field, preferably in cold light. Such a device 42 can for example comprise a box
43 contenant une pile alimentant une lampe éclairant une fibre optique 44 insérée dans L'endoscope ou La pièce à main 40 et aboutissant à proximité de la fibre optique 14 de manière à visualiser le champ opératoire, comme cela est clairement com¬ préhensible pour un homme de l'art. La pièce à main 40 peut être équipée d'un moyen 46 de blocage en position dans la pièce à main ou L'endoscope des fibres optiques 14 et 44.43 containing a battery supplying a lamp illuminating a fiber optical 44 inserted in the endoscope or the handpiece 40 and ending near the optical fiber 14 so as to visualize the operating field, as is clearly understandable for a person skilled in the art. The handpiece 40 can be equipped with a means 46 for locking in position in the handpiece or the endoscope of the optical fibers 14 and 44.
Selon un mode de réalisation préféré de la fibre optique, représenté à la figure 2, cette fibre optique est équipée d'un écran optiquement transparent 30, par exemple formé par un disque 32 en matériau optiquement transparent, percé en son centre pour Le passage de La fibre optique ou du faisceau de fibres optiques ou même de L'endoscope, ce qui permet d'éviter Les projections des fragments de ciment.According to a preferred embodiment of the optical fiber, represented in FIG. 2, this optical fiber is equipped with an optically transparent screen 30, for example formed by a disc 32 of optically transparent material, pierced in its center for the passage of The fiber optic or the bundle of optical fibers or even the endoscope, which prevents projections of cement fragments.
Ce matériau optiquement transparent peut être éventuelle- ment pourvu d'un filtre optique coloré qui peut être incorporé dans sa masse lors de sa fabrication.This optically transparent material can optionally be provided with a colored optical filter which can be incorporated in its mass during its manufacture.
IL peut être également prévu un système d'aspiration de fragments incorporés ou solidaires de l'endoscope.There may also be provided a suction system for incorporated or integral fragments of the endoscope.
On conçoit ainsi que le Laser puLsé délivre des impulsions laser hors milieu liquide, c'est-à-dire en milieu sec ou légèrement humide, directement au contact du ciment à détruire par fragmentation.It is thus conceivable that the laser puLsé delivers laser pulses out of liquid medium, that is to say in dry or slightly humid medium, directly in contact with the cement to be destroyed by fragmentation.
Le traitement chirurgical permettant de mettre en oeuvre Le procédé de traitement chirurgical est le suivant : dans le cas du retrait d'une prothèse 22 du coL du fémurThe surgical treatment making it possible to implement The surgical treatment process is as follows: in the case of the removal of a prosthesis 22 from the coL of the femur
24 par exemple, L'acte chirurgical peut être réalisé avec l'appareil selon l'invention utilisant un laser puLsé à colorant, hors milieu liquide, c'est-à-dire en milieu sec ou légèrement humide, de la manière suivante :24 for example, the surgical procedure can be carried out with the apparatus according to the invention using a puLsated dye laser, outside of a liquid medium, that is to say in a dry or slightly humid medium, in the following manner:
(a) dégagement de la surface d'appui de La tête de La prothèse(a) clearing of the bearing surface of the prosthesis head
Le chirurgien place La fibre optique au contact du ciment. Chaque impulsion laser, définie dans la plage de valeurs précédemment indiquées, provoque une fragmentation ponctuelle. En déplaçant la fibre optique sur la périphérie et sous La surface d'appui de la tête de la prothèse 22, il crée une cavité et fragilise ainsi La fixation de La prothèse. Celle-ci est ensuite retirée. (Confère figure 1).The surgeon places the optical fiber in contact with the cement. Each laser pulse, defined in the range of values previously indicated, causes a point fragmentation. By moving the optical fiber on the periphery and under the surface supporting the head of prosthesis 22, it creates a cavity and thus weakens the fixation of the prosthesis. This is then removed. (See figure 1).
(b) retrait du ciment résiduel(b) removal of residual cement
Lorsque la prothèse est retirée, le chirurgien a accès au canal médullaire 26 recouvert de ciment 20.When the prosthesis is removed, the surgeon has access to the medullary canal 26 covered with cement 20.
Ce ciment 20 peut être désagrégé en plaçant La fibre optique . directement au contact de celui-ci et en progressant ainsi à l'intérieur de la cavité médullaire 26. (Confère figure 3).This cement 20 can be broken up by placing the optical fiber. directly in contact with it and thus progressing inside the medullary cavity 26. (See FIG. 3).
Il est aussi possible de placer La fibre optique directe ment au niveau de l'interface entre Le ciment 22 et L'os 24 afin de casser Les Liaisons de ciment 20 avec L'os 24. (Confère figure 4). Par La sélectivité du laser puLsé à colorant, L'os ne subit aucun traumatisme au cours de cet acte, malgré sa proximité. Lorsque la totalité du ciment 20 est retirée, le chirurgien peut mettre en place une nouvelle prothèse.It is also possible to place the optical fiber directly at the interface between the cement 22 and the bone 24 in order to break the cement bonds 20 with the bone 24 (see FIG. 4). By the selectivity of the dye laser, the bone undergoes no trauma during this act, despite its proximity. When all of the cement 20 is removed, the surgeon can place a new prosthesis.
La totalité de L'opération chirurgicale n'excède généra¬ lement pas 60 min, ce qui constitue un temps total d'opération nettement inférieur aux opérations chirurgicales précédemment réalisées.The entire surgical operation does not generally exceed 60 min, which constitutes a total operating time significantly lower than the surgical operations previously carried out.
Les Lasers puisés à colorant permettent de fragmenter tous les ciments actuellement utilisés, et en particulier Le poly- méthylméthacrylate (PMMA) . La courbe de perte de masse en fonction de L'énergie, représentée à La figure 5, a été obtenue avec un Laser puisé, dont Le colorant est la coumarine, qui donne une Longueur d'ondes de 510 nm, une durée d'impulsion comprise entre 3 μs et 4,5 μs, à l'aide d'une fibre optique d'un diamètre de coeur égal à 500 μ . On comprend ainsi que L'invention inclut tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs diverses combinaisons. The pulsed dye lasers make it possible to fragment all the cements currently used, and in particular Polymethylmethacrylate (PMMA). The curve of mass loss as a function of energy, represented in FIG. 5, was obtained with a pulsed laser, the dye of which is coumarin, which gives a wavelength of 510 nm, a pulse duration. between 3 μs and 4.5 μs, using an optical fiber with a core diameter equal to 500 μ. It is thus understood that the invention includes all the means constituting technical equivalents of the means described as well as their various combinations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation d'un Laser puisé ne produisant sensiblement pas de dégagement thermique, mais générant des ondes acoustiques capables de détruire un ciment osseux, pour la fabrication d'un appareil pour la destruction d'un ciment osseux, notamment un ciment de prothèse, sans endommager l'os environnant de préférence hors d'un milieu liquide.1. Use of a pulsed laser not producing substantially no thermal release, but generating acoustic waves capable of destroying a bone cement, for the manufacture of an apparatus for the destruction of a bone cement, in particular a prosthesis cement, without damaging the surrounding bone preferably out of a liquid medium.
2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que La Longueur d'onde du laser puisé est comprise entre 350 nm et2. Use according to claim 1, characterized in that the wavelength of the pulsed laser is between 350 nm and
3 000 nm.3000 nm.
3. Utilisation selon La revendication 2, caractérisée en ce que la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 3 000 nm, de préférence entre 400 et 650 nm. 3. Use according to claim 2, characterized in that the wavelength is between 400 nm and 3000 nm, preferably between 400 and 650 nm.
4. Utilisation selon L'une des revendications 1 à 3, carac¬ térisée en ce qu'il s'agit d'un laser puLsé à colorant, de préfé¬ rence pompé par flash.4. Use according to one of claims 1 to 3, charac¬ terized in that it is a puLsé dye laser, preferably pumped by flash.
5. Utilisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le colorant est choisi parmi un colorant type coumarine, et un colorant type rhodamine.5. Use according to claim 4, characterized in that the dye is chosen from a coumarin type dye, and a rhodamine type dye.
6. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 3, carac¬ térisée en ce qu'il s'agit d'un laser puisé de type saphir-titane pompé par flash et émettant dans Le proche infrarouge.6. Use according to one of claims 1 to 3, charac¬ terized in that it is a pulsed laser of sapphire-titanium type pumped by flash and emitting in the near infrared.
7. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 6, carac- térisée en ce que L'énergie délivrée par le laser au niveau du ciment, à chaque impulsion, est d'au moins 100 mJ , en particulier de 100 mJ à 10 J, de préférence au moins 200 mJ, et encore de préférence au moins 300 mJ à 10 J.7. Use according to one of claims 1 to 6, characterized in that the energy delivered by the laser at the level of the cement, at each pulse, is at least 100 mJ, in particular from 100 mJ to 10 J, preferably at least 200 mJ, and more preferably at least 300 mJ at 10 J.
8. Utilisation selon L'une des revendications 1 à 6, carac- térisée en ce que la durée des impulsions est de l'ordre de 0,05 à quelques microsecondes, notamment à 1 s à 10 its et mieux de 1 Λs à8. Use according to one of claims 1 to 6, characterized in that the duration of the pulses is of the order of 0.05 to a few microseconds, in particular to 1 s at 10 its and better from 1 Λs to
9. Utilisation selon L'une des revendications 1 à 8, carac¬ térisée en ce que l'onde puisée est transmise du laser au ciment à détruire par l'intermédiaire d'au moins une fibre optique (14). 9. Use according to one of claims 1 to 8, charac¬ terized in that the pulsed wave is transmitted from the laser to the cement to be destroyed via at least one optical fiber (14).
10. Utilisation selon La revendication 9, caractérisée en ce que Le diamètre du coeur de La fibre optique est compris entre environ 5 et 1 000 μm, idéalement environ 600 μm.10. Use according to claim 9, characterized in that the diameter of the core of the optical fiber is between approximately 5 and 1000 μm, ideally approximately 600 μm.
11. Utilisation selon la revendication 6 ou 10, caractérisée en ce que L'énergie délivrée par le laser puisé est adaptée au diamètre de La fibre optique (14), dans Le cas de fibres de diamètre de coeur compris entre 600 et 1 000 μm, L'énergie délivrée est d'au moins 300 mJ, ce qui assure une bonne fragmentation ; dans le cas de fibres de diamètre compris entre 100 et 600 μm, et de préférence entre 300 et 600 μm. L'énergie délivrée est de 100 à 300 mJ.11. Use according to claim 6 or 10, characterized in that the energy delivered by the pulsed laser is adapted to the diameter of the optical fiber (14), in the case of fibers with a core diameter of between 600 and 1000 μm , The energy delivered is at least 300 mJ, which ensures good fragmentation; in the case of fibers of diameter between 100 and 600 μm, and preferably between 300 and 600 μm. The energy delivered is 100 to 300 mJ.
12. Appareil utilisable en orthopédie pour la destruction d'un ciment osseux, notamment d'un ciment de prothèse, de préfé¬ rence hors d'un milieu liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un Laser puLsé émettant à une longueur d'onde dans le domaine visible et infrarouge, à effet acoustique ne produisant sensiblement pas de dégagement thermique, capable de détruire un ciment osseux sans endommager l'os avoisinant.12. Apparatus usable in orthopedics for the destruction of a bone cement, in particular a prosthesis cement, preferably out of a liquid medium, characterized in that it comprises a puLsé laser emitting at a length of wave in the visible and infrared range, with an acoustic effect producing substantially no thermal release, capable of destroying a bone cement without damaging the surrounding bone.
13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que La longueur d'onde du laser est comprise entre 350 nm et13. Apparatus according to claim 12, characterized in that the wavelength of the laser is between 350 nm and
3000 nm.3000 nm.
14. Appareil selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une fibre optique pour la transmission des ondes puisées du laser (10) au ciment (20) à détruire par fragmentation.14. Apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that it comprises at least one optical fiber for the transmission of pulsed waves from the laser (10) to the cement (20) to be destroyed by fragmentation.
15. Appareil selon La revendication 14, caractérisé en ce que L'extrémité libre ou distale de la fibre optique est sensiblement en contact avec le ciment osseux, ce contact ayant lieu en milieu sec. 15. Apparatus according to claim 14, characterized in that the free or distal end of the optical fiber is substantially in contact with the bone cement, this contact taking place in a dry environment.
16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'écran de protection (30) est pourvu d'un filtre optique coloré.16. Apparatus according to claim 15, characterized in that the protective screen (30) is provided with a colored optical filter.
17. Appareil selon la revendication 14, 15 ou 16, caractérisé en ce que la fibre optique (14) précitée comprend un écran (30) de protection, à son extrémité distale destinée à être mise en contact avec le ciment, par exemple comprenant un disque (32) en matière optiquement transparente, percé en son centre pour Le passage de La fibre ou de L'endoscope, afin d'éviter La projection de fragments. 17. Apparatus according to claim 14, 15 or 16, characterized in that the above-mentioned optical fiber (14) comprises a protective screen (30), at its distal end intended to be brought into contact with the cement, for example comprising a disc (32) in material optically transparent, pierced in its center for the passage of the fiber or the endoscope, in order to avoid projection of fragments.
18. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'écran de protection est pourvu d'un filtre optique coloré. 18. Apparatus according to claim 17, characterized in that the protective screen is provided with a colored optical filter.
19. Appareil selon L'une des revendications 12 à 18, caracté¬ risé en ce que Le Laser puisé émet des ondes puisées ayant une Longueur d'onde adaptée à La destruction du ciment osseux sans destruction sensible de l'os environnant, La longueur d'onde étant comprise entre 350 nm et 3 000 nm, de préférence entre 400 nm et 1 000 nm, L'énergie délivrée par le laser est d'au moins 100 J, en particulier de 100 mJ à 3 J, de préférence au moins 200 mJ et encore de préférence d'au moins 300 mJ, la durée des impulsions est de L'ordre de 0,05 à quelques microsecondes, notamment de 1 à 10 μs et mieux de 1 à 5 μs, et le diamètre de coeur de la fibre optique (14) est compris entre 5 et 1 000 μm.19. Apparatus according to one of claims 12 to 18, caracté¬ ized in that the pulsed laser emits pulsed waves having a wavelength suitable for the destruction of bone cement without significant destruction of the surrounding bone, the length wave being between 350 nm and 3000 nm, preferably between 400 nm and 1000 nm, The energy delivered by the laser is at least 100 J, in particular from 100 mJ to 3 J, preferably at minus 200 mJ and more preferably at least 300 mJ, the duration of the pulses is of the order of 0.05 to a few microseconds, in particular from 1 to 10 μs and better still from 1 to 5 μs, and the core diameter of the optical fiber ( 14) is between 5 and 1000 μm.
20. Appareil selon l'une des revendications 12 à 19, caracté¬ risé en ce qu'il comprend un système d'aspiration des fragments de ciment intégrés à, ou solidaire de. L'endoscope.20. Apparatus according to one of claims 12 to 19, caracté¬ ized in that it comprises a suction system of cement fragments integrated into, or integral with. The endoscope.
21. Fibre optique comme moyen nécessaire à L'appareil selon l'une des revendications 14 à 20, caractérisé en ce qu'elle est équipée à une extrémité d'au moins un écran de protection (30), en particulier comprenant un disque en matière optiquement transpa¬ rente (32) percé en son centre pour Le passage de La fibre optique (14) ou d'un endoscope ou une pièce à main (40). 21. Optical fiber as a means necessary for the apparatus according to one of claims 14 to 20, characterized in that it is equipped at one end with at least one protective screen (30), in particular comprising a disc in optically transparent material (32) pierced in its center for the passage of optical fiber (14) or an endoscope or a handpiece (40).
22. Fibre optique selon la revendication 21, caractérisé en ce que L" écran de protection (30) est pourvu d'un filtre optique coloré. 22. Optical fiber according to claim 21, characterized in that the protective screen (30) is provided with a colored optical filter.
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